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VII
遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
1300熱鋸機
摘要
從分析不同熱鋸機的優(yōu)缺點著手，借鑒國內(nèi)外先進的經(jīng)驗，并結(jié)合中國國情以及實際工作狀況，設(shè)計了1300滾輪滑座式熱鋸機。
該熱鋸機結(jié)構(gòu)簡單、新穎、緊湊，傳動受力合理。運轉(zhuǎn)準確可靠，制造成本低，備件費用低，安裝維修方便，各部位潤滑良好、密封結(jié)構(gòu)完善，裝備工藝性好，并總結(jié)了熱鋸機床在軋件生產(chǎn)中的作用及提出可能出現(xiàn)的問題，并介紹了該熱鋸機的設(shè)計思路及具體的設(shè)計步驟，并在參照了部分鋼廠現(xiàn)行的熱鋸機的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，做了有效而實際性的改進。該滾輪滑座式熱鋸機的鋸片是由電動機通過皮帶傳動的。由皮帶帶動鋸片轉(zhuǎn)動能夠有效緩解振動，并且能夠使電動機遠離軋件，減小高溫軋件對電機的熱輻射，同時也起到過載保護作用。本文詳細介紹了滾輪滑座式熱鋸機的結(jié)構(gòu)特點及工作原理，精心選擇了熱鋸機的結(jié)構(gòu)參數(shù)和力能參數(shù)，并對熱鋸機各部分的選擇進行了有理有據(jù)的分析并進行了校核，使的整個熱鋸機的設(shè)計達到了畢業(yè)設(shè)計的要求。
關(guān)鍵詞：熱鋸機 ；滾輪滑座式； 機構(gòu)參數(shù) ；力能參數(shù)
1300 Heat Saw
Abstract
Beginning of the advantages and defects on the roller slide type mill,using the experience of home and abroad for reference,thinking of our Chinese real status and real work conditions, a 1300 roller slide heat saw type mill is designed.
The structure features and work principles of the mill are systematically expounded Particularly the structure of the heat saw is simple,new,and compact able,the transmission is reasonable forced.Accurate and reliable operation of heat saw,manufacture low-cost,low cost of spare parts,installation and maintenance convenience,each part is well lubricated,sealing well structured,the assembly process is good,and summed up the heat saw in rolled piece of production to the problems which may arise,introduced the heat saw design and specific steps to design and refer to the existing basis of the structure,made effective and practical improvements.The hot-sheer mill`s organ parameters and force parameters are selected meticulously.Analyses all kinds of parts of the roller slide heat saw type hot sheer mill and inspect them.The Design of Mill achieves the requirement of the design project for graduation.
Keywords:heat saw;roller slide type;organ parameters;force parameters
目 錄
1 緒論 1
1.1 鋸切機的分類 1
1.1.1 按鋸切時鋼材處于靜止或運動狀態(tài)分為 1
1.1.2 按鋸座能否移動分為 1
1.1.3 按鋸片的進鋸方式分為 1
1.2 方案選擇 2
1.2.1 設(shè)計給定條件 3
2 總體方案設(shè)計 4
2.1 熱鋸機的主傳動機構(gòu)方案設(shè)計 4
2.2 熱鋸機的進鋸機構(gòu)方案設(shè)計 4
2.3 熱鋸機的橫移機構(gòu)方案設(shè)計 4
3 熱鋸機的參數(shù)設(shè)計 5
3.1 熱鋸機結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計 5
3.1.1 鋸片直徑 5
3.1.2 鋸片厚度及加盤直徑 5
3.1.3 鋸軸高度及鋸片行程 5
3.2 熱鋸機主要工藝參數(shù)設(shè)計 6
3.2.1 鋸片圓周速度 6
3.2.2 進鋸速度 6
4 熱鋸機鋸切功率的計算及電機的選擇 7
4.1 鋸切作用力的計算 7
4.1.1 鋸切力計算 7
4.1.2 正壓力計算 7
4.1.3 進鋸阻力的計算 8
4.2 鋸切功率的計算 8
4.2.1 塑性變形和形成鋸屑的功率的計算 9
4.2.2 金屬鋸槽側(cè)壁摩擦功率的計算 9
4.2.3 其它功率的計算 10
4.3 熱鋸機進鋸電機的選擇 10
4.3.1 類型選擇 10
4.3.2 外殼結(jié)構(gòu)形式選擇 10
4.3.3 電機電壓和轉(zhuǎn)速選擇 10
4.3.4 電機容量選擇 10
5 帶傳動設(shè)計 11
5.1 確定計算功率 11
5.2帶型的選擇 11
5.3 確定帶輪的基準直徑 11
5.3.1 初選小帶輪的基準直徑 11
5.3.2 驗算皮帶的速度 12
5.3.3 設(shè)計大帶輪直徑 12
5.3.4 確定中心距并選擇帶的基本長度 12
5.4 驗算主動輪的包角 14
5.5 確定傳動帶的根數(shù) 14
5.6 確定傳動帶的預(yù)緊力 15
5.7 計算帶傳動的壓軸力 16
6 進鋸機構(gòu)齒輪設(shè)計 17
6.1 按齒根彎曲強度設(shè)計 17
6.1.1確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 17
6.1.2齒輪幾何尺寸計算 18
6.2齒條長度確定 19
7 進鋸機構(gòu)功率的計算及電機選擇 20
7.1 進鋸機構(gòu)靜力矩計算 20
7.1.1 計算進鋸機構(gòu)移動時產(chǎn)生的摩擦力矩 20
7.1.2 計算鋸切時產(chǎn)生的負荷力矩 21
7.1.3 進鋸靜力矩計算 21
7.2 起動力矩計算 21
7.2.1 啟動時靜力矩的計算 22
7.2.2 啟動時需克服的動力矩計算 22
7.3 進鋸機構(gòu)功率的計算及電機的選擇 23
8 鋸切機構(gòu)主軸的設(shè)計及校核 24
8.1 主軸設(shè)計 24
8.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 25
8.2 主軸受力分析計算 26
8.2.1 計算H面內(nèi)的力 27
8.2.2 計算V面內(nèi)的力 28
8.3 主軸的彎矩及扭矩計算 29
8.3.1 在H面內(nèi)的彎、扭矩計算 29
8.3.2 在V面內(nèi)的彎、扭矩計算 29
8.3.3 合成彎矩及扭矩計算 30
8.4 主軸校核 30
8.4.1 軸上載荷的計算 30
8.4.2 由彎扭合成應(yīng)力校核主軸強度 31
8.4.3 軸的疲勞強度校核 32
9 主軸軸承校核計算 37
9.1 軸的主要參數(shù)承 37
9.1.3 軸承的附加軸向力計算 37
9.1.4 軸承軸向載荷及當(dāng)量動載荷的計算 38
9.2 軸承壽命的計算 38
10.1 減速器的選擇 39
10.2 減速器校核 39
10.2.1 熱功率校核 39
11 潤滑方式 41
12 經(jīng)濟分析及環(huán)境保護 42
12.1 經(jīng)濟分析 42
12.2 環(huán)境保護 43
12 .2.1 廢水治理 43
12.2.2 固體廢物處理和綜合利用 43
12.2.3 噪聲處理 43
結(jié) 論 44
致 謝 45
參考文獻 46
第 57 頁
遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
1 緒論
根據(jù)據(jù)切時軋件溫度的不同，鋸切機可分為熱鋸機機和冷鋸切機兩種形式。對于各種復(fù)雜斷面的型鋼在軋制后高溫情況下如用剪切機剪切定尺，切口要產(chǎn)生明顯的壓扁和彎曲，超出所要求的公差變動范圍。如果在冷壓狀態(tài)下用成型刀片剪切也不能保證剪切質(zhì)量。在這隨著軋制品種的改變，需要經(jīng)常更換刀片，很不方便，因此，切斷面復(fù)雜的高溫鋼材，如重軌、鋼軌薄管坯等通常采用鋸切機。
鋸切機是用于切段各種復(fù)雜斷面的型鋼的重要的輔助設(shè)備之一。在很多情況下，整個軋鋼車間的生產(chǎn)量往往因為鋸切機的能力限制而受到影響。普通鋸切機是帶有能分離切屑的尖齒圓鋸盤。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，又分為如下各種情況：
1.1 鋸切機的分類
1.1.1 按鋸切時鋼材處于靜止或運動狀態(tài)分為：
普通熱鋸機和飛鋸。
1.1.2 按鋸座能否移動分為：
移動鋸和固定鋸。
1.1.3 按鋸片的進鋸方式分為：
擺式鋸：占據(jù)面積小，但鋸切行程受到限制。缺點：剛性差，振動大。進鋸方式：手動或電動。鋸片傳動方式：皮帶傳動。
杠桿式鋸：結(jié)構(gòu)簡單。缺點：不易用高壓水沖刷掉屑，出屑困難，適用于生產(chǎn)效率低的小型車間或?qū)ｉT為取樣。進鋸方式：皮帶傳動。
風(fēng)動送料固定鋸：結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，事故少。單機生產(chǎn)效率高。缺點：鋸切質(zhì)量上存在較嚴重的斜頭、扁頭、彎頭等質(zhì)量問題，同時不能用于多臺鋸切機聯(lián)合鋸切，所以生產(chǎn)質(zhì)量高時，裝置兩臺軋機又較困難，只能另置一條生產(chǎn)線。進料方式：氣缸送料。傳動方式：V帶傳動。
滑座鋸分為滑板式滑座據(jù)和滑輪式滑座鋸。前種的上滑臺、滑座通常是燕尾槽形滑板加工精度高，進鋸機構(gòu)往往采用曲柄搖桿式。這種結(jié)構(gòu)給鋸切機帶來一系列缺點：
1）由于上下滑動，滑板表面潤滑不良，加上鋸屑易濺入滑動導(dǎo)軌面板極易損壞。
2）曲柄式搖桿機構(gòu)進鋸系統(tǒng)的鋸片行程小不能變速，生產(chǎn)率低，進鋸機構(gòu)受到較大阻力時不能自動減速，因此鋸片易磨損。
由于上述缺點，這種鋸切機的事故較多，而且滑板消耗較大，更換頻繁。因此不適用于中小軋機生產(chǎn)發(fā)展的需要。滾輪式滑座鋸由于滾輪代替了上滑板，摩擦力減小不易磨損，所以它逐漸淘汰了滑板式滑鋸。
四連桿式熱鋸機優(yōu)點：工作行程大，工藝性能好，生產(chǎn)率高。隨著軋鋼生產(chǎn)的發(fā)展對連鑄及軋鋼生產(chǎn)線的熱鋸機的生產(chǎn)率和鋸切斷面質(zhì)量提出了越來越高的要求，但是現(xiàn)有的滑板式和四連桿式熱鋸機的生產(chǎn)率相比之下不高且鋸切質(zhì)量也不宜滿足要求，且鋸片壽命短。
回轉(zhuǎn)鋸它是國外研制出的一種新式高效生產(chǎn)率的熱鋸機。優(yōu)點：鋸切時間短，質(zhì)量好，鋸切壽命長，能耗少，能鋸切大及特大的鋼坯，且鋸切期間的噪聲作用時間短，有較大的經(jīng)濟效果。
1.2 方案選擇
經(jīng)過對上述六種熱鋸機的結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)缺點比較，并結(jié)合實際情況，查閱了國內(nèi)外有關(guān)熱鋸機特別是滾輪滑座式熱鋸機的有關(guān)資料，故對《1300熱鋸機》進行了滾動滑座式方案設(shè)計及計算。
本熱鋸機具有以下幾個特點：
(1) 鋸片由電動機通過皮帶帶動鋸片轉(zhuǎn)動，通過滾輪實現(xiàn)熱鋸機的送進操作。
(2) 通過滾輪實現(xiàn)熱鋸機的送進操作。為使上滑臺在下滑座上滾動，下滑座上裝有支撐輥，支撐輥滾軸的兩端做成方形，并裝配在下滑座上的方槽中。
(3) 送進機構(gòu)通過送進電動機，送進齒輪和送進齒條實現(xiàn)，使上滑臺往復(fù)運動。
(4) 軋件定尺長度改變后，必須通過橫移機構(gòu)調(diào)整熱鋸機之間的距離因此采用車輪式橫移機構(gòu)。
(5) 橫移機構(gòu)電動機經(jīng)齒輪、蝸輪減速機、圓錐齒輪傳動輪軸，在輪軸的兩端裝有兩個主動車輪，然后和另一側(cè)的被動行走輪共同使熱鋸機橫移。為使橫移時行走平穩(wěn)，前面的兩個車輪具有凸緣，后面的兩個車輪為平輪。
1.2.1 設(shè)計給定條件
（1） 鋸片的直徑：1300mm
（2） 鋸片的最大行程：1000mm
（3） 鋸片厚度：6-9mm
（4） 進給速度（前進/后退）：20-300mm/s
（5） 鋸片的圓周速度：90-120m/s
（6） 鋸切機構(gòu)采用皮帶傳動；進鋸機構(gòu)采用齒輪齒條傳動；
2 總體方案設(shè)計
2.1 熱鋸機的主傳動機構(gòu)方案設(shè)計
滾輪滑座式熱鋸機的鋸片是由電動機通過皮帶傳動的。由皮帶帶動鋸片轉(zhuǎn)動能夠有效緩解振動，并且能夠使電動機遠離軋件，減小高溫軋件對電機的熱輻射，同時也起到過載保護作用。
2.2 熱鋸機的進鋸機構(gòu)方案設(shè)計
送進運動是通過送進電機，經(jīng)送進減速器，送進齒輪和齒條實現(xiàn)的，這將使上滑臺往復(fù)運動。通過滾輪實現(xiàn)熱鋸機的送進操作。為使上滑臺在下滑座上滾動，在下滑座上裝有支撐軌，每個支撐軌內(nèi)部裝有軸承。在上滑臺的地面裝有滑板，通過它們使整個上滑臺被支撐在下滑座的滾輪上。滾輪呈的V形槽狀，與其接觸的滑板也做成的V形，以防止上滑臺在送進時產(chǎn)生側(cè)向移動。因為直流減速機結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、承受過載能力強、能耗低性能優(yōu)越且保護性能好等特點，故采用直流電動機。
2.3 熱鋸機的橫移機構(gòu)方案設(shè)計
軋件定尺長度改變后，必須通過橫移機構(gòu)調(diào)整熱鋸機之間的距離此種熱鋸機采用車輪式橫移機構(gòu)。橫移機構(gòu)電動機，經(jīng)齒輪、蝸輪減速機、圓錐齒輪傳動輪軸，在輪軸兩端裝有兩個主動車輪具有凸緣，后面兩個車輪為平輪。采用車輪式橫移機構(gòu)，必須裝有將熱鋸機夾緊在軌道上的夾持器，以防止熱鋸機在工作時因行走輪移動而改變軋材的定尺長度。
3 熱鋸機的參數(shù)設(shè)計
3.1 熱鋸機結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計
熱鋸機結(jié)構(gòu)參數(shù)包括鋸片直徑、鋸片厚度δ、加盤直徑、鋸軸高度H、鋸片最大行程L等。
3.1.1 鋸片直徑
鋸片直徑是熱鋸機最主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。鋸片直徑D決定于被鋸切軋件的斷面尺寸，要保證鋸切最大高度軋件時，鋸軸上滑臺和夾盤能在軋件上自由通過。同時，為使被鋸切斷面能夠被完全鋸斷，鋸片下緣應(yīng)比軌道表面最少低40-80mm(新鋸片可達100-150mm),鋸片直徑允許重磨量5%-10%。本課題鋸片直徑D=1300。
D=10A+300
式中A--方剛邊長（A=100mm）
3.1.2 鋸片厚度及加盤直徑
鋸片厚度δ過大將增加鋸切功率損耗，鋸片厚度δ過小會降低鋸片強度，并增加鋸切時鋸片的變形，一般情況下以經(jīng)驗公式選擇
δ=（0.18-0.20） 本課題 D=1300mm,δ(6.50,7.21),課題中δ（6，9），所以選取δ=7.0mm。
鋸片用夾盤和螺栓加緊裝在鋸軸上。當(dāng)鋸片直徑一定時，夾盤直徑過大，鋸片能鋸切的軋件最大高度減??；夾盤直徑過小，據(jù)切時鋸片變形和軸向振動加大，導(dǎo)致鋸片壽命降低。由經(jīng)驗公式：
=（0.35-0.50）D，即（455，650），選取=550。
3.1.3 鋸軸高度及鋸片行程
鋸軸高度H為鋸軸軸心到軌道上表面的高度。滾輪滑座式熱鋸機軋件不動，熱鋸機向被切軋件移動，為此H不能太小，否則會在熱鋸機送進鋸切過程中將被切件推開而不能進行鋸切；同時當(dāng)鋸片直徑一定時鋸軸高度H又不能過大，否則會無法保證鋸片重磨后的最小直徑下緣應(yīng)低于軌道上表面的要求。由經(jīng)驗公式
H=，即H（530，605），選取H=550mm。
鋸片行程L由被鋸切軋件的最大寬度和并排鋸切的最多根數(shù)而定。本課題中L=1000mm。
3.2 熱鋸機主要工藝參數(shù)設(shè)計
熱鋸機主要工藝參數(shù)包括鋸片圓周速度V、進鋸速度U等。
3.2.1 鋸片圓周速度
提高鋸片圓周速度V可以在同樣送進速度U的條件下，減少每個鋸齒所鋸切的切屑厚度，從而減少每齒的受力。換言之，如果每齒所能承受的載荷一定，則提高V可為提高U創(chuàng)造條件，也可提高生產(chǎn)率。但隨著V的增加，由于離心力而引起的徑向拉應(yīng)力也將增加，從而降低了鋸齒所能承受的鋸切能力。因此，一般應(yīng)用的鋸片圓周速度V一般在100-200m/s以下，140m/s。課題中圓周速度V=90-120m/s，選取鋸片圓周速度V=100m/s。
3.2.2 進鋸速度
進鋸速度U根據(jù)被切軋件斷面的大小，進鋸速度U也應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整，一般取U=30-300mm/s。
由經(jīng)驗公式U=，式中f--熱鋸機生產(chǎn)率；h--軋件高度；
f=4000-6000/s，由經(jīng)驗公式得U==50/s
4 熱鋸機鋸切功率的計算及電機的選擇
4.1 鋸切作用力的計算
鋸片傳動功率在鋸切軋件時，軋件作用在鋸片上的力有：
4.1.1 鋸切力計算
由[1]得鋸切圓周力式中；
P--據(jù)切時單位鋸切力（kg/mm)，當(dāng)鋸切溫度為800-850℃時,
P=（5.5+0.32s);
S--鋸口寬度相當(dāng)于鋸片厚度，δ=0.70mm；
U--進鋸速度，U=50mm/s；
h--軋件斷面高度，h=100mm;
V--鋸片圓周速度，V=100m/s;
代入公式得：
4.1.2 正壓力計算
由[1]得R=（15-18)代入公式得：
4.1.3 進鋸阻力的計算
由受力分析圖得：
；
代入公式得：
；
則有：
；
代入公式進鋸阻力的水平分力為：
上抬力：
；
代入公式得：
由此得作用在鋸片上的合力S有：
；
代入得：
;
與水平方向呈50.285。
4.2 鋸切功率的計算
由文獻[1]知鋸片的傳動功率由三部分組成：
式中：
N--消耗于鋸齒使軋件產(chǎn)生塑性變形和形成鋸屑的功率；
N--鋸片被鋸切金屬鋸槽側(cè)壁摩擦所消耗的功率；
N--空載功率，包括機械傳動效率、鋸屑甩出所消耗的功率及空氣阻力等；
4.2.1 塑性變形和形成鋸屑的功率的計算
由文獻[1,11-17]得：
；
式中：
鋸機生產(chǎn)率，f=5000mm/s;
鋸切時單位鋸切力（kg/mm),當(dāng)鋸切溫度為800-850℃時
mm/s;
代入數(shù)據(jù)有：
4.2.2 金屬鋸槽側(cè)壁摩擦功率的計算
由文獻[1,11-21]知：
；
式中：
軋件與鋸片側(cè)面摩擦系數(shù),取 ；
鋸片圓周速度（m/s);
軋件對鋸片側(cè)面的直壓力，Q=；
f--鋸片振擺值，由鋸片直徑與鋸切生產(chǎn)率決定，由文獻[1,表11-5]查得f=1.4;
c--鋸片柔度，由文獻[1，11-5]可知c=0.016mm/kg;
則：
；
4.2.3 其它功率的計算
影響的因素很多，一般來講鋸機消耗于傳動件的功率和軸承摩擦、空氣阻力、把鋸屑甩出等所消耗的功率與總功率是成比例增加的。所以可以按以下公式計算。
；
計算時k=(0.1,0.3),取k=0.2。
帶入數(shù)據(jù)得：
=0.2（42.494+51.471）=18.793(kw);
故綜上所述；
即： N=42.494+51.471+18.793=112.758（kw)
4.3 熱鋸機進鋸電機的選擇
4.3.1 類型選擇
由于工作條件所限，本熱鋸機的鋸片要求負載基本平衡，對啟動制動無特殊條件要求，且要求長期運行。因此選擇了Y系列三相異步電動機作為鋸片軸部分的電機。
4.3.2 外殼結(jié)構(gòu)形式選擇
該熱鋸機所處的生產(chǎn)車間內(nèi)空氣中有較多的灰塵等，因此采用封閉式電動機。
4.3.3 電機電壓和轉(zhuǎn)速選擇
根據(jù)使用要求和現(xiàn)場條件選用依據(jù)文獻[4，表9-2-8]選擇電動機電壓為380V，轉(zhuǎn)速n=1480r/min。
4.3.4 電機容量選擇
由前面的計算得鋸片功率傳動中鋸切功率N=112.785kw。
綜上由文獻[4，表9-2-8]]查得選用Y315M-4型號電動機，額定功率P=132kw,轉(zhuǎn)速n=1480r/min，額定電壓為380V。
5 帶傳動設(shè)計
5.1 確定計算功率
計算功率是根據(jù)傳遞功率P，并考慮到載荷性質(zhì)和每天工作時間等影響因素確定的即：
；
式中：
--計算功率，單位：kw;
P--傳遞的額定功率，單位：kw;
--工況系數(shù)，由文獻[3,表8-7]查得；
帶入數(shù)據(jù)計算得：
5.2帶型的選擇
根據(jù)計算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速選定帶型為D型V帶。
5.3 確定帶輪的基準直徑
5.3.1 初選小帶輪的基準直徑
由文獻[3,表8-6及表8-8]選取，為提高V帶的壽命，應(yīng)選取較大直徑。因此；
由得：
式中：
--小帶輪轉(zhuǎn)速；；
--大帶輪轉(zhuǎn)速；;
帶入數(shù)據(jù)得：
；
代入得：
5.3.2 驗算皮帶的速度V
由文獻[3,8-13]得
帶入數(shù)據(jù)得：
；
因為文獻[3]查得5m/s
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